univers-chapitre-2-de-quoi-est-constitue-l-univers-stabilite

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Activité – Objectif : comment expliquer la formation des ions et leur charge ?
I.
Différence entre atome, ion et élément chimique :
1. Donner la représentation symbolique
des éléments suivants :
- L’aluminium possède 13 protons et 14 neutrons.
- Le chlore possède 17 électrons et 35 nucléons.
2. D’après les tests d’identification des ions, donner la formule des ions aluminium et des ions chlorure. Expliquer par
une phrase simple ce que cette écriture signifie.
3. Schématiser ces ions, en dessinant leur noyau et leur nuage électronique.
4. On parle de l’ion aluminium, de l’atome d’aluminium et de l’élément chimique aluminium. Qu’est-ce que l’élément
chimique ? Quel nombre le caractérise ?
II.
1.
Pourquoi les ions se forment-ils ?
Stabilité de certains éléments
Documents 1: Les gaz nobles
Extrait de http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca
Les gaz nobles, dont l'Hélium fait partie, sont des éléments chimiques très stables. Le texte qui suit, présente cette
famille de façon humoristique, sous la forme d'une lettre de « l'association des éléments chimiques » adressée à «
Monsieur Hélium et à sa famille »:
Cher monsieur Hélium,
Nous vous invitons à venir participer, avec votre famille, à l'assemblée générale des éléments chimiques. Vous
viendrez accompagné de vos frères Néon, Argon, Krypton et Xénon. Comme vous êtes tous mauvais conducteurs,
une limousine viendra vous chercher.
À l'issue de la réunion, vous vous verrez remettre le grand Prix de la Stabilité. En effet, les états de service de
votre famille constituent un cas unique parmi les éléments chimiques : vous êtes les seuls éléments à rester sous
forme atomique et, sauf très rares exceptions, vous n'acceptez pas les liaisons! Quel que soit votre entourage,
vous n'intervenez jamais dans les réactions chimiques. On vous dit inertes et on vous envie votre stabilité. De
nombreux éléments tentent même de vous imiter en adoptant ou en abandonnant des électrons.
Si vous êtes chimiquement inertes, vous intervenez par contre dans de nombreux domaines de la physique. Vous,
monsieur Hélium, êtes très léger, comme Hydrogène, mais, contrairement à lui, vous n'êtes pas explosif; on vous
utilise pour gonfler les ballons dirigeables. Vous avez pris la place de monsieur Azote dans les bouteilles de
plongée sous-marine pour former, avec Oxygène, un mélange plus sûr pour la respiration des plongeurs.
On vous a longtemps qualifié de rare, mais aujourd'hui, on sait que vous, Hélium, êtes, après Hydrogène, l'élément
chimique le plus courant dans l'Univers. Vous êtes, en particulier, très abondant dans le Soleil. Vos frères sont
très présents dans notre quotidien. On les trouve dans les tubes «néon». Argon, Krypton et Xénon protègent le
filament des lampes à incandescence. Néon et Argon jouent un rôle important dans la lumière laser, source de
nombreuses applications industrielles et médicales.
Nous serons donc très honorés de vous accueillir et de vous remettre votre prix. Dans cette attente, veuillez
agréer l'expression de nos meilleurs sentiments.
L'Association des éléments chimiques.
1. Citer les noms des différents gaz nobles. Rechercher les symboles de ces éléments.
2. Quelle est la propriété chimique remarquable des gaz nobles ?
3. Quel est le gaz utilisé aujourd’hui pour gonfler les dirigeables ? Pourquoi ?
2.
Répartition des électrons dans l’atome :
Se connecter au site « ostralo.net ». Dans « application chimie », choisir « structure de l’atome », puis l’onglet « les
électrons ». Faire varier le nombre de protons de 1 à 18.
Document 2 : Les couches électroniques :
Extrait du livre Bordas Espace Seconde
K, L et M représentent des couches électroniques.
Chaque couche est caractérisée par son numéro n et est représentée par une lettre :
- n=1 : couche K
- n=2 : couche L
- n=3 : couche M
Chaque couche électronique ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons : la couche de numéro n contient au
maximum 2n2 électrons.
Les électrons sont d’autant plus liés au noyau que la couche à laquelle ils appartiennent, a un numéro petit.
La dernière couche occupée s’appelle la couche externe. Les électrons qui l’occupent sont appelés électrons
périphériques de l’atome.
Remarque : nous n’étudierons que les atomes des éléments tels que Z<18, donc la couche M contiendra au maximum
8 électrons.
1. Remplir le tableau ci-dessous :
couche
Valeur de n
Nombre maximum d’électrons
K
L
M
2. Donner deux règles qui expliquent la répartition des électrons autour du noyau.
3. La structure électronique d’un atome est donnée en haut à gauche de la page internet. Expliquer par une phrase
comment écrire cette structure.
4. Compléter le tableau suivant :
Symbole
Nom
Z
Structure
électronique
He
Ne
Ar
Al
Cl
C
O
5. Quelle remarque peut-on faire à propos de la structure électronique des éléments He, Ne et Ar par rapport aux
autres ? En déduire à quoi est liée leur grande stabilité vue précédemment.
3.
Formation des ions :
1. Commenter la phrase du document 1 : « De nombreux éléments tentent même de vous imiter en adoptant ou en
abandonnant des électrons. »
2. En déduire pourquoi des ions sont formés. Expliquer alors la charge qu’ils portent.
3. Compléter les règles suivantes :
Règle du duet :
Les éléments de numéro atomique proche de celui de l’hélium adoptent sa structure électronique : (K)2. Ils ont
alors ……………………………… électrons sur leur couche externe : c’est la règle du duet.
Règle de l’octet :
Les autres éléments de numéro atomique inférieur ou égale à 18 adoptent la structure électronique du néon :
(K)2(L)8 ou de l’argon : (K)2(L)8(M)8. Ils ont alors ……………………….. électrons sur leur couche externe : c’est la
règle de l’octet.
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